RMUs de tensions mitjanes amb aïllament sòlid: Explicació de l'aïllament i el disseny estructural amb resina epoxi

1 Materials d'aislament i disseny

Basant-nos en les estadístiques de costos per a unitats principals de anell amb aïllament sòlid (RMUs) de mitja tensió, l'estructura d'aislament representa més del 40% del cost total. Per tant, seleccionar materials d'aislament adequats, dissenyar estructures d'aislament racionals i determinar el mètode correcte d'aislament són crucials per al valor de les RMUs de mitja tensió. Des de la primera síntesi de la resina epoxi el 1930, s'han explorat continuament diversos additius per millorar les seves propietats.

La resina epoxi és coneguda per la seva alta resistència dielèctrica, alta resistència mecànica, mínim canvi de volum durant el vert i la cura, i facilitat de mecanització. Així, s'ha seleccionat com a material d'aislament principal per a les RMUs de mitja tensió. Incorporant endurecedors, reforçadors, plasticitzants, omplidors i colorants, es forma una resina epoxi de alt rendiment. S'han millorat la resistència tèrmica, la dilatació tèrmica i la conductivitat tèrmica, proporcionant retardança a la flama i un rendiment d'aislament fiable en condicions de tensió a llarg termini i sobretensió a curt termini.

En les RMUs, les estructures d'aislament convencionals sovint creen camps elèctrics no uniformes. En aquests camps, simplement augmentar la distància d'aislament no és suficient per millorar la resistència a l'aislament. Per tant, també cal millorar la uniformitat del camp elèctric a través de l'optimització estructural. La resistència dielèctrica de la resina epoxi es troba entre 22 i 28 kV/mm, el que significa que amb un disseny d'aislament optimitzat, només es necessiten alguns mil·límetres de distància d'aislament entre fases, reduint significativament la mida del producte.

2 Disseny estructural de les RMUs de mitja tensió amb aïllament sòlid

Tots els components conductors, com els interruptors de buit, els commutadors de desconnecte i els commutadors de terra, s'introdueixen en un mòdul i es fonen integralment utilitzant una resina epoxi de alt rendiment a través del procés d'automatic pressure gelation (APG). El medi d'extinció d'arc és el buit, mentre que l'aislament es proporciona mitjançant la resina epoxi de alt rendiment. L'armari adopta un disseny modular, facilitant la producció massiva estandarditzada. Cada compartiment està separat per particions metàl·liques per prevenir la propagació d'arc, confinant així possibles errors en mòduls individuals.

S'han dissenyat barres de bus i connectors de contacte integrats. La barra de bus principal consta de barres de bus segmentades, aïllades i tancades, connectades a través de connectors de bus integrats telescòpics, simplificant la instal·lació i la puesta en marcha in situ. La estructura de la porta està dissenyada per suportar arcos internes i permet operacions en tres posicions (tancament, obertura i aterrament) amb la porta tancada. Els estats de posició del commutador es poden observar fàcilment a través de finestres de visualització, assegurant una operació segura i fiable.

3 Avantatges i anàlisi de proves de tipus de les RMUs de mitja tensió amb aïllament sòlid
3.1 Principals avantatges

• La resina epoxi de alt rendiment assegura un rendiment d'aislament fiable i una descàrrega parcial baixa (≤5 pC).

• L'estructura totalment aïllada i tancada no té parts vives exposades, fet que la fa immuna a la pols i la contaminació. No està limitada per les condicions ambientals i és adequada per a temperatures altes/baixes, alts plans, àrees explosives i regions contaminades. Resol els problemes relacionats amb els canvis de pressió del gas SF₆ a temperatures altes i la liquefacció del gas a temperatures baixes. Per exemple, Fuzhou, ubicada en una zona costanera amb una alta presència de boirina salina, beneficia significativament de la resistència a la boirina salina del producte.

• No s'utilitza gas SF₆; no s'emeten gasos nocius, fet que el converteix en un producte ecològic. No hi ha risc de fugida, eliminant la necessitat de manteniment regular, fet que ho converteix en un producte sense manteniment. El disseny reforçat antic explosió garanteix la seva idoneïtat per a llocs perillosos. L'estructura totalment aïllada de tres fases evita els circuits curts entre fases, assegurant la seguretat i la fiabilitat.

• El equip ocupa només el 30% de l'espai requerit per les RMUs aïllades amb aire convencionals, el que el converteix en un producte ultra compacte.

3.2 Anàlisi de proves de tipus

D'acord amb els avantatges anteriors, es van realitzar proves de tipus corresponents, incloent-hi proves de resistència a la tensió d'aislament (42 kV/48 kV), mesura de descàrrega parcial (≤5 pC), proves de temperatura alta/baixa (+80 °C / -45 °C), proves de condensació (Nivell de contaminació II) i proves d'arc intern (0,5 s). Els resultats de les proves confirmen la complença total amb els requisits de paràmetres, validant efectivament els avantatges declarats del producte.

A més, s'han completat altres proves de tipus requerides per normes nacionals: prova de elevació de temperatura, mesura de la resistència del circuit principal, proves de resistència a la corrent de pic i a curt termini, proves de capacitat de maniobra i trencament de la corrent de curt-circuit, endurament elèctric, endurament mecànic, proves de fallada en aterraments entre fases, proves de commutació de corrent activa nominal i proves de commutació de corrent capacitiva nominal. Tots els resultats de les proves compleixen els requisits de les normes nacionals.

La Corporació Estatal de Xina ha celebrat diverses reunions per discutir els ítems de prova de tipus i els requisits de paràmetres per a les RMUs de mitja tensió amb aïllament sòlid, amb debats en profunditat sobre detalls específics com si el límit de descàrrega parcial hauria de ser ≤5 pC o ≤20 pC. Creiem que les proves de tipus exigides per les normes nacionals són essencials i han de realitzar-se; a més, les proves addicionals realitzades per verificar els avantatges del producte també són necessàries; a més, s'haurien de seleccionar proves especials com les de vibració i condicions climàtiques severes basant-se en l'ambient operatiu real. Respecte als paràmetres, mentre que la Corporació Estatal estableix només requisits bàsics, els fabricants poden millorar adequadament les especificacions segons el rendiment del producte, per exemple, augmentant el límit de descàrrega parcial a ≤5 pC i ampliant l'interval de temperatura per a les proves de temperatura alta/baixa.

4 Conclusió

L'aislament sòlid ofereix avantatges significatius sobre l'aislament gaseós i d'aire: rendiment d'aislament fiable, no emissió de gasos nocius, respecte ambiental i no hi ha problemes de fugida. L'aplicació de la tecnologia d'aislament sòlid ha millorat enormement la miniaturització i la adaptabilitat ambiental de les RMUs de mitja tensió, permetent-ne una amplia aplicació en temperatures altes/baixes, alts plans, àrees explosives i regions contaminades. Tots aquests avantatges s'han validat plenament a través de les proves de tipus.